Файл: Колачев, Б. А. Механические свойства титана и его сплавов.pdf

олова повышает предел прочности титана па 5 и предел текучести на 6 кгс/мм2. В интервале концентраций 2,5— 5% (по массе) каждый процент олова повышает предел прочности и предел текучести титана на 3 и 2 кгс/мм2 со­ ответственно. Из данных, опубликованных Е. М. Савиц­ ким с сотрудниками [75], следует, что 1% (по массе) Sn увеличивает предел прочности иодидиого титана па 3 кгс/мм2 при его содержаниях до 5% и на 1,5 кгс/мм2 при больших концентрациях. Пределы прочности и теку­ чести титана при легировании оловом постепенно сбли­ жаются. Поперечное сужение и удлинение с увеличени­ ем содержания олова уменьшаются, но даже при содер­ жании до 20% Sn они остаются на довольно высоком уровне. При комнатной температуре олово уменьшает модули Юнга и сдвига, а при повышенных температурах увеличивает [99].

Л. П. Лужников и В. М. Новикова изучили влияние олова на механические свойства магпиетермического ти­ тана [96, с. 31]. Исследования были проведены на лис­ тах толщиной 1,3—1,5 мм, подвергнутых вакуумному от­ жигу при 800° С в течение 2 ч. Исследования показали, что при введении олова предел прочности титана повы­ шается от 55 кгс/мм2 при 0% до 68 кгс/мм2 при 8—10% Sn. Относительное удлинение имеет максимум при 2% Sn (41,5%), а затем уменьшается с повышением содержа­ ния олова, но даже при 8—10% Sn оно больше (36%), чем для нелегированного титана (33%)- Характеристики технологической пластичности (предельный коэффици­ ент вытяжки и минимальный радиус загиба) при содер­ жании олова до 4% остаются неизменными, на уровне значений для нелегированного титана. Введение олова в количествах свыше 6% существенно снижает технологи­ ческую пластичность.

При введении в титан 1—2% Sn сильно уменьшается угол загиба основного металла и сварных соединений (со 180 до 120—130°), затем при содержании до 6% Sn угол загиба изменяется мало (со 120—130 до 100— 110°), а при больших концентрациях олова он резко сни­ жается.

Джаффи в обзоре [4] приводит данные Хейса о том, что 1% (по массе) Zr при концентрациях 15—50% повы­ шает прочность сплавов на основе технического титана на 0,35 кгс/мм2. По данным В. А. Москаленко [39], каж­ дый процент введенного циркония при содержании до

76

Е, К- Молчанова [46] приводит данные С, Г. Глазу­ нова по механическим свойствам сплавов системы Ti—■ Zr от чистого титана до чистого циркония. Предел проч­ ности сплавов повышается от 35,3 кгс/мм2 для чистого ти­

что при содержании до 4% Zr прочностные свойства ти­ тана изменяются мало, а при больших концентрациях циркония они возрастают. Удлинение листов титана при введении циркония возрастает и достигает максимума при 2% Zr. Технологичекая пластичность остается высо­ кой, такой же как у титана, при содержании циркония

до 6%.

Наиболее детальные сведения о влиянии циркония на свойства титана (рис. 47) были получены П. Ф. Кошеле­ вым с сотрудниками [100]. Пределы прочности и текуче­ сти титана возрастают с повышением содержания цирко­ ния по параболическому закону (рис. 47). Коэффициент упрочнения титана цирконием уменьшается с повыше­ нием степени легирования и при комнатной температуре составляет 3,5; 0,3 и 1,5 кгс/мм2 в интервале содержаний циркония 0—5; 5—15 и 15—25% соответственно.

Удлинение сплавов Ti—Zr в интервале концентраций

Для оценки влияния p-стабплизатирив на механиче­ ские свойства a -фазы наибольший интерес представляет работа В. Н. Моисеева [101], в которой были изучены сплавы, легированные различными |3-стабилизаторами в количествах, близких к их растворимости в a -фазе. По­ лученные результаты приведены в табл. 11. По данным

В. Н. Моисеева и ряда других авторов, а также по дан­ ным наших исследований были вычислены коэффициен­ ты упрочнения а-титана при легировании. Коэффициен­ ты упрочнения, рассчитанные на один процент по массе и один атомный процент, даны в табл. 5. Приведенные данные показывают, что a -фазу сильно упрочняют хром, железо, молибден, марганец, кремний; в значительно меньшей степени влияют ванадий, тантал, ниобий и ней­ тральные упрочнители.

Неоднократно предпринимались попытки связать эф­ фекты упрочнения, рассчитанные по пределу текучести /Ст, с параметрами размерного несоответствия и несоответствия модулей сдвига еа- Флейшер и Хиббард [62] установили, что упрочнение твердых растворов на основе меди обусловлено совместным влиянием несоот­ ветствия атомных диаметров растворяемого элемента и

78

металла-растворителя и несоответствия их модулей сдвига. Эффект упрочнения K-i (повышение предела те­ кучести твердых растворов па один атомный процент растворенного элемента) линейно возрастает с увеличе­ нием значения rj = т|'г—реа при значении |3 = 3, в то вре­ мя как между Кт и еа; Кт и га', Кт и ц' нет строгой зави­ симости. Поскольку для меди р<16, то Флейшер прихо-

Рис. 48. Связь коэффициентов упрочнения Сб -сплавов титана t пара­ метрами несоответствия и

дит к выводу, что упрочнение твердых растворов меди обусловлено сопротивлением движению винтовых дисло­ каций (см. стр. 40).

Между коэффициентом упрочнения твердых раство­ ров на основе а-титана и параметрами еа; ев; ц' также нет определенной связи (рис. 48,а); нет корреляции ко­ эффициента упрочнения и с параметром трф, определяю­ щим сопротивление движению краевых дислокаций в твердом растворе (для краевых дислокаций принято наи­ меньшее возможное значение |3, равное 16). В то же вре­ мя между Кт для двойных а-титановых сплавов и пара­

нии с образованием твердых растворов определяется со­ противлением металла движению винтовых дислокаций.

Эта общая закономерность не выполняется лишь для кремния и марганца. Влияние кремния, очевидно, объ­

79

ясняется его неметаллическими свойствами, сильно ме­ няющими характер металлической связи а-титана. Мар­ ганец же во многих отношениях аномальный металл; у него, в частности, необычно низкие температуры плавле­ ния и кипения, кристаллические решетки низкой симмет­ рии для низкотемпературных модификаций, не характер­ ные для металлов. Естественно, поэтому, что упрочняю­ щее действие марганца и кремния при растворении их в а-титане не согласуется с теми закономерностями, ко­ торые наблюдаются при легировании титана металличе­ скими элементами.

Значительно меньше данных об упрочняющем дейст­ вии легирующих элементов при их растворении в 15-тита­ не. Отметим прежде всего работу В. Н. Моисеева [101], в которой были изучены механические свойства двойных [5-титановых сплавов при содержании в них 15-стабилиза­ торов в количествах, немного превышающих критичес­ кую концентрацию, приводящую к фиксации механи­ чески стабильной [5-фазы (табл. 11). Прочностные свой­

Сплавы с [5-структурой наиболее интенсивно упроч­ няются железом, хромом, марганцем, в меньшей степени молибденом и слабо ниобием и танталом. В этой же пос­ ледовательности уменьшаются эффективные параметры размерного несоответствия этих элементов в [5-титане

(см. табл. 6).

Заметим, что если вместо вычисленных значений па­ раметров размерного несоответствия для марганца ис­ пользовать эффективное значение, то коэффициент уп­ рочнения от растворения марганца в a -фазе будет хоро­ шо соответствовать общим закономерностям упроч­ нения.

Использование эффективных факторов размерного несоответствия вместо расчетных несомненно должно давать результаты, более отвечающие действительным закономерностям, так как экспериментально построен­ ные зависимости параметров решетки (или атомных объемов) от состава сплавов отражают не только разли­ чие в размерах взаимодействующих атомов, но и харак­ тер их взаимодействия в сплавах,

80

ВЛИЯНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ ТИТАНА

Основные закономерности, определяющие связь свойств сплавов с диаграммами состояния, установил Н. С. Курнаков. В соответствии с законами Н. С. Курнакова для сплавов титана с p-изоморфными стабилизато­

представленными переходными элементами, должны на­ блюдаться аналогичные закономерности, так как при принятой в промышленности технологии получения по­ луфабрикатов эвтектоидные превращения не происходят и их структура представлена а- и p-фазами. Пластиче­ ские свойства (ф, б, ав) должны изменяться с концентра­ цией в направлении, обратном изменению прочности.